Fāzes diagrammas definīcija

Candela Rocío Barbisan | decembris 2021
Ķīmijas inženieris

Iepriekš ir vēlams saprast, ko mēs saprotam ar izmaiņām agregācijas stāvoklī. Tās ir īpaši stāvokļa vai fāzes izmaiņas. Ja viela ir vienkārša, piemēram, molekulāri šķidrumi, tai ir skaidri noteiktas kušanas un viršanas temperatūras. Savukārt, molārām masām palielinoties, šīs temperatūras kļūst par diapazoniem vai drīzāk par intervāliem, starp kuriem notiek fāzes maiņa.

Pat daudzos gadījumos noteiktas fāzes maiņas temperatūras netiek sasniegtas, jo vielas iepriekš sadalās. Mēs definējam šādas fāzes izmaiņas, kas tiks izvietotas diagrammās:

- Iztvaikošana: no šķidruma uz gāzi.
- Kondensāts: no gāzes uz šķidrumu.
- Sublimācija: no cietas uz gāzi.
- Reversā sublimācija: no gāzes uz cietu.
- Cietināšana: no šķidruma uz cietu.
- Kodolsintēze: no cietas uz šķidrumu.

Kopumā tie ir termiski procesi, tiem ir nepieciešams absorbcija vai piegāde Enerģija lai tie notiktu, lai, pievienojot vai noņemot enerģiju, mēs virzīsimies pa diagramma fāzē, lai redzētu, kādā agregācijas stāvoklī viela būs.

Kā mēs labi zinām, katra viela ir unikāla, tāpēc katrai vielai būs sava unikālā fāzes diagramma. Tāpēc katrā diagrammā tiks parādīts trīskāršs punkts, kur spiediens un temperatūra kurā līdzās pastāv trīs fāzes (cietā, šķidrā un gāzes). Līdzsvars. Tāpat tiek parādīts punkts kritisksTvaika vai gāzes līknes augšējā galā šis punkts norāda, ka augstākās temperatūrās to nevar novest līdz šķidram stāvoklim, neturpinot palielināt gāzes spiedienu.

Kopumā fāzu diagrammas ir attēlotas šādi:

Šeit tiek novērots, a shēma kur spiediens atrodas uz ordinātu ass un temperatūra uz abscisu ass. Kopumā apgabalus var arī iekrāsot labākai vizualizācijai. Pa kreisi no grafisks viela ir cietā stāvoklī un, temperatūrai paaugstinoties (tas ir, palielina sistēmai piegādāto enerģiju) tiek novērota fāzes maiņa uz šķidrumu un pēc tam no šķidruma uz tvaiks. Kamēr mēs virzāmies virs trīskāršā punkta. Zem trīskāršā punkta fāzes maiņa notiek tieši no cietas uz tvaiku vai otrādi atkarībā no enerģijas piegādes vai noņemšanas.

Katra no attēlotajām līknēm ir līdzsvara līknes. Piemēram, līkne no trīskāršā punkta līdz kritiskajam punktam ir šķidruma līdzsvara līkne - tvaiki, savukārt līkne pa kreisi ir šķidruma un cietās vielas līdzsvara līkne. Zemāk ir cietās vielas tvaika līdzsvars, jo zemā temperatūrā un spiedienā tiek attēlots cietās vielas tvaika spiediens. Katra no šīm līdzsvara līknēm atspoguļo fāzes izmaiņas, kas tika nosauktas iepriekš.

Attēlotā fāzes diagramma ir īpaši ūdens fāzes diagramma, norādot, ka pie spiediena 1 atm, viršanas temperatūra ir 100ºC (normāla viršanas temperatūra) un kušanas temperatūra ir 0ºC (kušanas temperatūra normāli). Kritiskais punkts tiek novērots ar kritisko temperatūru 374ºC un kritisko spiedienu 218 atm, savukārt trīskāršais punkts, kurā līdzās pastāv trīs līdzsvars, ir 0,00603 atm un 0,01ºC.

Turklāt mēs varam novērot, ka, palielinot spiedienu, kušanas temperatūra samazinās, kamēr viršanas temperatūra paaugstinās, tas ir saistīts ar katras līknes slīpumu Līdzsvars.

Kā jau minējām iepriekš, katrai vielai ir sava fāzes diagramma, tāpēc tendence minētie var nebūt atkārtojami visos gadījumu pētījumos, jo līkņu slīpumi bilance atšķiras.